JP6566042B2 - 三次元造形装置、造形材料排出部材及び造形材料の移送方法 - Google Patents
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Description
なお、本発明は、熱溶解積層法(FDM)に限定されるものではなく、載置台の載置面に対向する位置に配置される造形手段により載置面上に三次元造形物を造形するものであれば、他の造形方法で三次元造形物を造形する三次元造形装置にも適用可能である。
図2は、本実施形態における三次元造形装置1の内部に設けられるチャンバーの外観を示す斜視図である。
図3は、本実施形態における三次元造形装置1の前方部分を切断して除外した状態の斜視図である。
本実施形態においては、造形ヘッド10のX軸方向位置を検知するX軸ポジション検知機構24が設けられている。X軸ポジション検知機構24の検知結果は、制御部100に送られる。制御部100は、その検知結果に基づいてX軸駆動機構21を制御して、造形ヘッド10を目標のX軸方向位置へ移動させる。
図5は、本実施形態における造形ヘッド10の先端部分を模式的に示す斜視図である。図6は、1つの射出ノズル11に対応する造形ヘッド10の部分断面図である。
本実施形態の造形ヘッド10は、図5に示すように、4つの射出ノズル11が2×2で配置されている(なお、図1では、説明の便宜上、4つの射出ノズル11が横並びで図示されている。)。4つの射出ノズル11は、それぞれ個別のヘッド加熱部12に覆われ(囲まれ)ており、制御部100は各ヘッド加熱部12を個別に制御することができる。これにより、射出ノズル11ごとにフィラメント40あるいはサポート材をヘッド加熱部12で個別に加熱することができる。以下の説明では、フィラメント40に限定して説明する。
図9は、本実施形態における冷却部13の冷却機構を示す模式図である。
次に、本実施形態における一変形例(本変形例を「変形例1」という。)について説明する。
図11は、本変形例1における冷却部13の内部構成を水平方向からみた説明図である。
図12は、本変形例1における冷却部13の内部構成を鉛直方向上方からみた説明図である。
次に、本実施形態における他の変形例(本変形例を「変形例2」という。)について説明する。
図13は、本変形例2における冷却部13の内部構成を水平方向からみた説明図である。
図14は、本変形例2における冷却部13の内部構成を鉛直方向上方からみた説明図である。
次に、本実施形態における更に他の変形例(本変形例を「変形例3」という。)について説明する。
図15は、本変形例3における1つの射出ノズル11に対応する造形ヘッド10の部分断面図である。
図16は、本変形例3における冷却部13を下方(射出ノズル11側)から見たときの斜視図である。
図17は、本変形例3における冷却部13を上方(射出ノズル11とは反対側)から見たときの斜視図である。
図18は、本変形例3における冷却部13を、冷媒通路15A〜15Gを通るように水平に切断したときの水平断面図である。
図19は、本変形例3における冷却部13を、貫通孔13−1a,13−3aを通るように垂直に切断したときの垂直断面図である。
(態様A)
フィラメント40やサポート材などの造形材料を導入する導入部13bと、造形材料を排出する射出ノズル11等の排出部と、該導入部13bから導入された造形材料を該排出部まで移送するための貫通孔12a,13a等の移送路と、該移送路内の造形材料を加熱するヘッド加熱部12等の加熱部とを備えた造形ヘッド10等の造形材料排出部材を用いて、該排出部からチャンバー3内等の処理空間内に排出される造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置1において、該造形材料排出部材は、導入部13bとヘッド加熱部12との間の移送路部分(貫通孔13a)に隣接して設けられる冷却部13を有し、冷却部13の内部には冷媒通路15が形成されており、冷媒通路15内に冷却水等の冷媒を流すヘッド冷却装置30等の冷媒流し手段を有することを特徴とする。
本態様における造形材料排出部材は、導入部13bとヘッド加熱部12との間の移送路部分に隣接して冷却部13が設けられている。そのため、ヘッド加熱部12による造形材料の加熱範囲が造形材料移送方向上流側へ拡がるのを抑制することができる。ただし、移送路部分内の造形材料から熱を吸収した冷却部13を冷却する方法が、その冷却部13に対して外部から空気を当てて冷却するいわゆる空冷方式では、冷却効率が不十分になりやすい。これは、空冷方式では、冷却部13の外表面の温度を下げられても、造形材料が通る移送路部分に隣接している部分の温度を下げることが難しく、冷却対象である造形材料を十分に冷却することが困難だからである。
本態様においては、冷却部13の内部に冷媒通路15を設け、冷媒流し手段によってその冷媒通路15に冷媒を流すことにより冷却する冷媒方式を採用する。これによれば、移送路部分と隣接している部分の近傍を通るように冷媒通路15を設けることが可能であり、当該移送路部分と隣接している部分の温度を下げて、その移送路部分を通る造形材料を十分に冷却することが可能となる。したがって、導入部13bとヘッド加熱部12との間の移送路部分内の造形材料を有効に冷却することが可能なので、ヘッド加熱部12による造形材料の加熱範囲が造形材料の移送方向上流側へ拡がるのを抑制することができる。
態様Aにおいて、冷却部13は、熱伝導性部材で構成されていることを特徴とする。
これによれば、移送路部分内の造形材料の熱を冷却部13の熱伝導性部材により冷媒通路15内の冷媒へ効率よく伝達させることが可能となる。
態様A又はBにおいて、導入部13b、排出部及び移送路がそれぞれ設けられ、かつ、冷却部13が共通化された複数の造形材料排出部材を有することを特徴とする。
本態様によれば、複数の造形材料排出部材を有する構成において、各造形材料排出部材に対して個別の冷却部13を設ける場合よりも、構成を簡素化できる。
態様A〜Cのいずれかの態様において、導入部13b、排出部及び移送路がそれぞれ設けられた複数の造形材料排出部材を有し、各造形材料排出部材の移送路部分にそれぞれ隣接して設けられる冷却部13内部の各冷媒通路15における冷媒入口15a及び冷媒出口15bは、共通化されていることを特徴とする。
本態様によれば、複数の造形材料排出部材を有する構成において、各造形材料排出部材に対して冷媒通路15の冷媒入口15a及び冷媒出口15bが個別化されている場合よりも、構成を簡素化できる。
態様A〜Dのいずれかの態様において、冷媒は冷却水等の液体であることを特徴とする。
これによれば、液体冷媒を使った冷媒方式を採用することができる。
態様A〜Eのいずれかの態様において、冷媒流し手段として、冷媒通路15内を通過するように冷媒を循環させる冷媒循環手段を用いたことを特徴とする。
これによれば、冷媒が排出されない構成を実現できる。
態様A〜Fのいずれかの態様において、処理空間内を加熱するチャンバー用ヒータ7等の処理空間加熱手段を有し、冷却部13は、冷媒通路15へ冷媒を流入させる冷媒入口15a及び該冷媒通路15から冷媒を流出させる冷媒出口15bが処理空間の外側に位置するように構成されていることを特徴とする。
これによれば、冷媒入口15aや冷媒出口15bに接続される送りチューブ31や戻しチューブ32等の冷媒搬送部材を、高温状態になる処理空間内に配置しない構成を実現できる。その結果、冷媒搬送部材には高い耐熱性が要求されないため、低耐熱性の材料で冷媒搬送部材を形成できる。
態様Gにおいて、造形材料排出部材を移動させるX軸駆動機構21及びY軸駆動機構22等の移動手段を有することを特徴とする。
本態様のように造形材料排出部材が移動する構成においては、造形材料排出部材の移動を妨げないように、その造形材料排出部材の冷却部13内の冷媒通路15に接続される冷媒搬送部材を、可撓性のある材料で形成することが好ましい。本態様では、上述したように低耐熱性の材料で冷媒搬送部材を形成できるため、可撓性のある材料で冷媒搬送部材を形成しやすい。
フィラメント40やサポート材などの造形材料を導入する導入部13bと、造形材料を排出する射出ノズル11等の排出部と、該導入部13bから導入された造形材料を該排出部まで移送するための貫通孔12a,13a等の移送路と、該移送路内の造形材料を加熱するヘッド加熱部12とを備えた造形ヘッド10等の造形材料排出部材において、導入部13bと前記ヘッド加熱部12との間の移送路部分(貫通孔13a)に隣接して設けられる冷却部13を有し、冷却部13の内部には冷媒通路15が形成されていることを特徴とする。
本態様によれば、ヘッド加熱部12による造形材料の加熱範囲が造形材料の移送方向上流側へ拡がるのを抑制することができる。
2 本体フレーム
3 チャンバー
4 ステージ
6 フィラメント供給部
7 チャンバー用ヒータ
10 造形ヘッド
11 射出ノズル
12 ヘッド加熱部
13 冷却部
12a,13a 貫通孔
13b 導入部
14 断熱部
15 冷媒通路
15a 冷媒入口
15b 冷媒出口
15c 下折り返し部
15d 上折り返し部
21 X軸駆動機構
22 Y軸駆動機構
23 Z軸駆動機構
30 ヘッド冷却装置
31 送りチューブ
32 戻しチューブ
33 継ぎ手
34 連絡路
40,40’ フィラメント
100 制御部
Claims (10)
- 造形材料を導入する導入部と、造形材料を排出する排出部と、該導入部から導入された造形材料を該排出部まで移送するための移送路と、該移送路内の造形材料を加熱する加熱部とを備えた造形材料排出部材を用いて、該排出部から処理空間内に排出される造形材料によって三次元造形物を造形する三次元造形装置において、
前記造形材料排出部材は、前記導入部と前記加熱部との間の移送路部分に隣接して設けられる冷却部を有し、
前記冷却部の内部には冷媒通路が形成されており、前記冷媒通路内に冷媒を流す冷媒流し手段を有し、
前記冷媒通路は、前記冷却部における造形材料の移送方向に沿う側面と前記移送路部分との間に少なくとも一部が設けられ、前記移送方向と交差する平面上を蛇行することを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1に記載の三次元造形装置において、
前記冷却部は、熱伝導性部材で構成されていることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1又は2に記載の三次元造形装置において、
複数の前記造形材料排出部材を有し、
複数の前記造形材料排出部材は、前記導入部、前記排出部、及び前記移送路部分がそれぞれ設けられ、かつ、前記冷却部が共通化されていることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項3に記載の三次元造形装置において、
複数の前記造形材料排出部材は、前記冷却部の内部に形成された前記冷媒通路における冷媒入口及び冷媒出口が共通化されていることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記冷媒は液体であることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記冷媒流し手段として、前記冷媒通路内を通過するように冷媒を循環させる冷媒循環手段を用いたことを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の三次元造形装置において、
前記処理空間内を加熱する処理空間加熱手段を有し、
前記冷却部は、前記冷媒通路へ冷媒を流入させる冷媒入口及び該冷媒通路から冷媒を流出させる冷媒出口が前記処理空間の外側に位置するように構成されていることを特徴とする三次元造形装置。 - 請求項7に記載の三次元造形装置において、
前記造形材料排出部材を移動させる移動手段を有することを特徴とする三次元造形装置。 - 造形材料を導入する導入部と、造形材料を排出する排出部と、該導入部から導入された造形材料を該排出部まで移送するための移送路と、該移送路内の造形材料を加熱する加熱部とを備えた造形材料排出部材において、
前記導入部と前記加熱部との間の移送路部分に隣接して設けられる冷却部を有し、
前記冷却部の内部には冷媒通路が形成されており、
前記冷媒通路は、前記冷却部における造形材料の移送方向に沿う側面と前記移送路部分との間に少なくとも一部が設けられ、前記移送方向と交差する平面上を蛇行することを特徴とする造形材料排出部材。 - 造形材料を導入する導入部と、造形材料を排出する排出部と、該導入部から導入された造形材料を該排出部まで移送するための移送路と、該移送路内の造形材料を加熱する加熱部と、前記導入部と前記加熱部との間の移送路部分に隣接して設けられる冷却部と、前記冷却部の内部に形成された冷媒通路内に冷媒を流す冷媒流し手段と、を備えた造形材料排出部材における造形材料の移送方法であって、
前記冷却部における造形材料の移送方向に沿う側面と前記移送路部分との間に少なくとも一部が設けられていて前記移送方向と交差する平面上を蛇行する前記冷媒通路を形成して、造形材料を冷却して移送する工程を含む、
ことを特徴とする造形材料の移送方法。
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